煤气平衡认证分析系统应用软件的研究与开发

A. 软件工程案例分析

条码 RFID 无线网络与GPRS 仓储 物流 MES 生产执行系统 自动识别技术是信息数据自动识读、自动输入计算机的重要方法和手段，它是以计算机技术和通信技术的发展为基础的综合性科学技术。自动识别技术近几十年在全球范围内得到了迅猛发展，初步形成了一个包括条码技术、磁条(卡)技术、光学字符识别、系统集成化、射频技术、声音识别及视觉识别等集计算机、光、机电、通信技术为一体的高新技术学科。 （无线网络）
当今信息社会离不开计算机，正是自动识别技术的崛起，提供了快速、准确地进行数据采集输入的有效手段，解决了由于计算机数据输入速度慢、错误率高等造成的“瓶颈”难题，因而自动识别技术作为一种革命性的高新技术，正迅速为人们所接受。
一、条码技术 （无线网络）
说起自动识别技术就必然要提到条码，因为它在当今自动识别技术中占有重要的地位。自动识别技术的形成过程是与条码的发明、使用和发展分不开的。
条码是由一组规则排列的条和空、相应的数字组成，这种用条、空组成的数据编码可以供机器识读，而且很容易译成二进制数和十进制数。这些条和空可以有各种不同的组合方法，构成不同的图形符号，即各种符号体系，也称码制，适用于不同的应用场合。
目前使用频率最高的几种码制是EAN、UPC、39码，交插25码和EAN128码，其中UPC条码主要用于北美地区，EAN条码是国际通用符号体系，它们是一种定长、无含义的条码，主要用于商品标识。 EAN128条码是由国际物品编码协会(EAN lnternational)和美国统一代码委员会(UCC)联合开发、共同采用的一种特定的条码符号。它是一种连续型、非定长有含义的高密度代码，用以表示生产日期、批号、数量、规格、保质期、收货地等更多的商品信息。另有一些码制主要是适应特殊需要的应用方面，如库德巴码用于血库、图书馆、包裹等的跟踪管理、25码用于包装、运输和国际航空系统为机票进行顺序编号，还有类似39码的93码，它密度更高些，可代替39码。
上述这些条码都是一维条码。由于条码应用领域的不断拓展，对一定面积上的条码信息密度和信息量提出了更高的要求。为了更好地满足这种需求，一种新的条码编码形式——二维条码便应运而生了。从结构上讲，二维条码分为两类，其中一类是由矩阵代码和点代码组成，其数据是以二维空间的形态编码的，另一类是包含重叠的或多行条码符号，其数据以成串的数据行显示。重叠的符号标记法有CODE 49、CODE l6K和PDF417。
PDF是便携式数据文件(Portable data fI7e)的缩写，417则与多宽度代码有关，用来对字符编码。PDF417是由SymboI Technologies Inc，设计和推出的。重叠代码中包含了行与行尾标识符以及扫描软件，就可以从标签的不同部分获得数据，只要所有的行都被扫到就可以组合成一个完整的数据输入，所以这种码的数据可靠性很好，对PDF417而言，标签上污损或毁掉的部分高达50％时，仍可以读取全部数据内容。
矩阵代码如：Maxicode，Data Matrix，Code One，Vericode和DotCode A, 矩阵代码标签可以做得很小，甚至可以作成硅晶片的标签，因此适用于小物件。 （无线网络）
光学字符识别OCR
光学字符识别OCR已有三十多年历史，近几年又出现了图象字符识别ICR(Image Character Recognition)和智能字符识别ICR(Intelligent Charater Recognition)，实际上这三种自动识别技术的基本原理大致相同。
OCR的三个重要的应用领域：办公室自动化中的文本输入；邮件自动处理；与自动获取文本过程相关的其它要求。这些领域包括：零售价格识读，定单数据输入、单证、支票和文件识读，微电路及小件产品上状态特特征识读等。由于在识别手迹特征方面的进展，目前探索在手迹分析及鉴定签名方面的应用。
三、磁条(卡)技术 （无线网络）
磁条技术应用了物理学和磁力学的基本原理。对自动识别制造商来说，磁条就是一层薄薄的由定向排列的铁性氧化粒子组成的材料(也称为涂料)，用树脂粘合在一起并粘在诸如纸或塑料这样的非磁性基片上。
磁条技术的优点是数据可读写，即具有现场改造数据的能力；数据存储量能满足大多数需求，便于使用，成本低廉)还具有一定的数据安全性；它能粘附于许多不同规格和形式的基材上。这些优点，使之在很多领域得到广泛应用，如信用卡、银行ATM卡、机票、公共汽车票、自动售货卡、会员卡、现金卡(如电话磁卡)等。
四、声音识别技术
声音识别的迅速发展以及高效可靠的应用软件的开发，使声音识别系统在很多方面得到了应用、这种系统可以用声音指令拟应用特定短句实现“不用手” 的数据采集、 其最大特点就是不用手和眼睛，这对那些采集数据同时还要完成手脚并用的工作场合，以及标签仅为识别手段，数据采集不实际或不合适的场合尤为适用。
五、视觉识别 （无线网络）
视觉识别系统可以看作是这样的系统：它能获取视觉图像，而且通过一个特征抽取和分析的过程，欢迎光临学网,收藏本篇文章 [1] [2] [3] $False$ 能自动识别限定的标志、字符、编码结构或可作为确切识断基础呈现在图象内的其它特征。
随着自动化的发展，视觉技术可与其他自动识别技术结合起来应用。
六、射频识别技术(RF／ID) （无线网络）
射频技术的基本本原理是电磁理论。射频系统的优点是不局限于视线、识别距离比光学系统远，射频识别卡可具有读写能力，可携带大量数据、难以伪造和有智能等。
RF适用的领域：物料跟踪、运载工具和货架识别等要求非接触数据采集和交换的场合，由于RF标签具有可读写能力，对于需要频繁改变数据内容的场合尤为适用。
射频识别系统的传送距离由许多因素决定，如传送频率、天线设计等。对于应用RF识别的特定情况应考虑反射距离、工作频率、标签的数据容量、尺寸、重量、定位、响应速度及选择能力筹。
七、便携式数据终端和射频通信(RF／DC) （无线网络）
便携式数据终端(PDT)可把那些采集到的有用数据存储起来或传送至一个信息管理系统。把它与适当的扫描器相连可有效地用于许多自动识别应用中；便携式数据终端一般包括一个扫描器、一个体积小但功能很强并常有存储器的计算机、一个显示器和供人工输入的键盘。在只读存储器中装有常驻内存的操作系统，用于控制数据的采集和传送。PDT一般都是可编程的，允许编入一些应用软件。PDT存储器中的数据可随时通过射频通信技术传送到主计算机。操作时先扫描位置标签，货架号码、产品数量就都输入到PDT，再通过RF／DC技术把这些数据传送到计算机管理系统，可以得到客户产品清单、发标、发运标签、该地所存产品代码和数量等。
八、智能卡(Smart Card) （无线网络）
随着集成电路技术和计算机信息系统技术的全面发展，科学家们将具有处理能力和具有安全可靠、加密存储功能的集成电路芯版嵌装在一个与信用卡一样大小的基片中，就是“集成电路卡”，国际上称为“Smartcard”，我们译为“智能卡”。其最大特点是具有独立的运算和存储功能，在无源情况下，数据也不会丢失，数据安全性和保密性都非常好，成本适中。智能卡与计算机系统相结合，可以方便地满足对各种各样信息的采集传送、加密和管理的需要，它在国外的许多领域如：银行、公路收费、水表煤气收费、海关车输检查(使用射频卡，车辆通过时即已读写完毕)等得到了广泛应用。
我们可以把条码与其他自动识别技术做个简单比较：
条码、OCR(光学字符识别)和MICR(磁性墨水)都是一种与印刷相关的自动识别技术。OCR 的优点是人眼可读、可扫描，但输入速度和可靠性不如条码，数据格式有限，通常要用接触式扫描器；MICR是银行界用于支票的专用技术，在特定的领域中应用，成本高，而接触识读，可靠性高。
磁条技术是接触识读，它与条码有三点不同：
一个是其数据可做部分读写操作，另一个是给定面积编码容量比条码大，还有就是对于物品逐一标识成本比条码高，而且接触性识读最大缺点就是灵活性太差。
射频识别和条码一样是非接触式识别技术，由于无线电波能“扫描”数据，所以RF挂牌可做成隐形的，有些RF识别技术可读数公里外的标签，RF标签可做成可读写的。RF识别的缺点是挂签成本相当高，而且一般不能随意扔掉，而多数条码扫描寿命结束时可扔掉。视觉和声音识别目前还没有很好的推广应用，机器视觉还可与OCR或条码结合应用，声音识别输入可解放人的手。
RF、声音、视觉等识别技术目前不如条码技术成熟，其技术和应用的标准也还不够健全。 （无线网络）
附表是条码技术与其他自动识别技术的一个简单的比较表。
通过比较，我们可以看出条码技术能在商品、工业、邮电业、医疗卫生、物资管理、安全检查、餐旅业、证卡管理、军事工程、办公室自动化等领域中得到广泛应用，主要是由于其具有以下特点： （无线网络）
高速：键盘输入12位数字需6秒钟，而用条码扫描器输入则只要0．2秒。
准确：条码的正确识读率达99.99一99.999%。
成本低：条码标签成本低，识读设备价格便宜。
灵活：根据顾客或业务的需求，容易开发出新产品；扫描景深大；识读方式多，有手动式、固定式、半固定式；输入、输出设备种类多，操作简单。
可扩展：目前在世界范围内得到广泛应用的EAN码是国际标准的商品编码系统，横向、纵 向发展余地都很大，现已成为商品流通业，生产自动管理，特别是EDI电子数据交换和国际贸易的 一个重要基础，并将发挥巨大作用。
当然，由于几种自动识别技术各有特点，在实际应用时，应具体情况具体分析，综合比较、全面考虑（无线网络）。

B. 解释系统应用软件基本功能

4.2.4.1 概述

解释系统应用软件是为了满足地震资料解释工作的需要而编制的应用软件。目前这类软件产品很多，主要软件公司有：Landmark、Schlumberger-GeoQuest、PetroSystems、WESTERN ATLAS Software、CogniSeis Development、Dynamic Graphics，lnc.等，各家公司都有自己的系列产品。例如Landmark公司的软件产品有OpenWorks(开放系统综合平台)、SeisWorks/3D(三维资料解释)、ZAPⅢ(层位区域自动追踪)、3DVI(三维解释可视化)、SyntheSeis(合成记录制作)、SeisWorks/2D(二维资料解释)、GeoDataWorks(井数据库图形管理与查询)、LogE-dit(测井曲线编辑)、StratWorks(测井曲线解释、横剖面建立和作图)、PetroWorks(测井曲线岩石物理分析)等。GeoQuest的解释应用软件有Seis3D(三维资料解释)、AutoPix(层位自动拾取)、GeoViz(地质可视化显示)、Seis2D(二维地震解释)、SeisTie(二维闭合差校正)、Sei-sAn(地震数据分析)、FaultView(断层解释与管理)、MapView(解释数据作图与显示)、DMS(数据管理)、LogView(测井曲线处理分析)、StratView(地震地质模型生成)、PetroView(岩石物理计算与分析)以及RM(油藏描述系统)和PGS(测井处理、解释和地质分析系统)等。CDS公司的典型软件产品有：GeoSEC(地质横剖面的建立、恢复与平衡)、DLPS(地震地质模型)、GeioDES(倾角测井解释和模型)、Focus(地震数据处理)、AIVIS(交互速度解释)等。WESTERN公司的软件产品WINGS综合系统由OMEGA(地震数据处理)、OASIIS(二维和三维地震解释)、CPS-3(网络化和等值线作图)、SigmaView(静态油藏模拟)、Express(测井评价)、SGM(三维地质模型)、Geolink(模型可视化显示)、VIP(油藏模拟)等软件组成。DGI公司的Earth Vision综合软件系统包括ISM(交互层面模拟)、GMP(地质模拟程序)、IVM(交互数值模拟)、DWD(定向井显示)、SGS(专门的网络化系统)、RGF(油藏网络编辑)等软件。

4.2.4.2 解释系统应用软件的基本功能

以地震资料解释为例，其基本功能包括：①工区建立、数据输入与管理；②数据显示与控制；③地震地质层位标定；④层位和断层解释；⑤等值线作图；⑥层位数据分析；⑦数据输出。

C. 地质灾害图形图像分析系统开发及其在天津地面沉降分析中的应用

石建省张凤斌程彦培等

（地质矿产部水文地质工程地质研究所，河北正定050803）

摘要地质灾害的分布和发生发展过程具有空间特性，其影响因素具有自身的特点和复杂性。作者开发的GHMIAS——地质灾害图形图像分析系统是以典型地质灾害为主要对象、以空间信息管理和分析为主要功能的应用性地理信息系统，该系统有独特的空间分析模型扩充，融矢量、栅格和Windows图形用户对象为一体，支持多种数据格式相互转换，具有丰富的制图功能和高质量的制图输出，可以快速生成灾害专题图件。利用GHMIAS系统对京津唐区域地质灾害的分布规律、发生机理、影响因素、发展趋势等进行了大量的应用分析，对天津市区地面沉降过程及未来发展趋势等研究取得了有益的成果，体现出GHMIAS系统在解决地质灾害空间分布特征、发生发展规律、演化趋势预测等方面能发挥重要的辅助作用。

关键词GIS空间分析地质灾害预测

1引言

地质灾害是危害人类生存的严重自然灾害，其分布和发生发展过程具有空间特性，其影响因素具有自身的特点和复杂性，但目前适合地质灾害专题空间信息管理和分析的图形软件系统尚不多见。在国家“八五”科技攻关项目中专门立题开展的地质灾害图形图像辅助分析系统的研究，目的在于通过吸收和消化国内外地理信息系统（GIS）和其它图形分析系统之特长，开发具有图形－图像输入、存储、处理、显示、分析、输出等功能的软件系统（GHMIAS），并应用于京津唐地质灾害评价中作为示范。

地质灾害总是与一定的空间区域相联系的，我们所看到的地质灾害作用空间是由各种复杂的因素共同作用的结果，其中蕴含着十分复杂的自然和人为因素的相互联系。地理信息系统方法为我们提供了一种系统分析各种因素的空间相互联系及其作用结果的可能性，该系统的开发就是以地理信息系统分析方法为基础，建立能够进行地质灾害问题空间信息管理与分析的实用系统，为地质灾害问题的预测防治和决策服务。

针对地质灾害问题的特点，GIS除应具有空间信息和属性数据采集、存储、空间分析、输出等常规功能外，还应提供面向特定地质灾害问题的空间评价预测能力、地质灾害问题计算机图形表达技术、图例图式系统及相应符号库、专门图件生成和处理等功能，同时，在图形数据结构和数据库系统设计中也要体现专业信息的分布特点，尽可能做到最大限度和最高效率地利用专门信息。

在示范性应用分析上，要通过对相应空间信息的采集、存储、空间分析，试图从空间统计、空间复合、空间模型预测的角度为专门地质灾害问题的评价预测提供决策依据，为其它精确数学模型分析提供基础参数信息。

2GHMIAS系统开发

2.1支持环境

硬件：PC386以上（推荐奔腾586机型）；内存至少4MB（推荐8MB以上）；硬盘至少有40MB字节剩余空间；可被Windows系统支持的输入输出设备。

软件：Dos5.0以上；中文Windows3.1以上，或中文Win95。

2.2GHMIAS系统构成

GHMIAS系统由以下主要功能模块组成：图形输入编辑、图形整饰输出、图库空间查询、图形空间分析（包括图形统计、图形复合、空间模型等子模块）、图像处理（图1），以及系统帮助、系统功能演示等辅助模块。

图1GHMIAS系统结构略图

2.3GHMIAS系统的主要特征

作为以地质灾害为主要对象的分析型GIS系统，GHMIAS具有如下特性：

（1）GHMIAS具有图形输入、编辑管理、查询显示、分析处理、图形输出等一般GIS基本功能；

（2）GHMIAS具有专门设计的图形覆盖分析、图形序列空间灰色建模预测等多种空间分析模型，在图形图像分析系统中应用空间灰色预测模型的方法尚属首次，这是对一维非线性灰色预测在空间上的延伸，对拓宽空间分析模型类型、丰富图形图像系统的分析能力有重要意义，适于地质灾害空间分析建模需求；

（3）数据结构先进合理，融矢量、栅格和Windows图形用户对象为一体，采用结构紧缩和数据压缩技术，具有拓扑/直接矢量格式共存与互补互转机制，支持多种数据格式相互转换，可以与ARC/INFO、IDRISI、SPACEMAN等国内外主要GIS系统共享数据；

（4）GHMIAS采用微机＋中文Windows平台模式，界面直观，操作简便，符合软件开发流行趋势和普及化推广应用需求。

2.4层次结构数据模型

数据模型和数据结构是地理信息系统的核心，是完整和灵活地实现其功能的关键。地质灾害信息系统所处理的对象是具有一定空间特征和复杂属性联系的信息体，其数据模型和数据结构设计的目的是通过对专业信息的数据结构抽象，建立面向专业问题的数据结构，从而为实现高度专业化的地理信息系统目标奠定基础。

2.4.1项目（Project）

项目是在特定信息领域为特定目标建立的信息管理的最顶层对象，它是与特定领域和目标有关的信息库的集合。也就是说，一个项目（Project）管理和控制一个以上库（Database）的操作。

一个应用任务建立一个项目，建立项目的同时将初步建立项目环境和分库方案。在后面的操作中可以按分层管理的方法对项目的下面层次逐级进行修改和扩展。

2.4.2库（Database）

库是在项目控制之下由以不同存储方式记录的不同类型信息文件组成的集合。一个库（Database）由一个以上信息文件（File）组成。

一个项目可以由一个或若干个库组成，其数量取决于对对象系统信息属性分析后确定的合理的库划分方案。

2.4.3文件（File）

它是计算机中操作系统对用户信息体管理的基本单位，在本系统的数据结构中，数据文件是由一个以上图层（Layer）组成的信息体。

一个图形库可由多个图形文件组成，其数量的限制是操作系统支持的目录中最大文件个数。

2.4.4图层（Layer）

一个图形信息文件由不同属性的信息组成，为便于区分信息的属性并对各属性进行独立操作，有必要对一个图形文件中的不同属性类型进行分层次管理，这就是图层的概念。

一个图形文件可以由多达256个图层构成。在对图形文件操作时，通过设定图层显示属性，确定显示的图层范围。

2.4.5图元（Element）

图元是图形信息的最小单位，在Windows环境下开发GIS系统可以比较好地实现矢量、栅格及Windows标准图元相结合的信息记录体系。其中，用户信息一般以点、线、多边形等形式表示，具矢量特征；空间影像、照片、其它扫描图形则以栅格形式表示；Windows系统提供的矩形、椭圆形等规则图形体则可用于符号注记、图面整饰等。实现三类图元共存能使GIS系统的可操作性、输出简易性和图形表达效果大大增强。

图元的表示采取“图元头”＋“图元体”的方式，图元头通过与有关属性表格的联系，记录图元的标识、显示属性、充填属性、所在图层、用户属性联系等信息，图元体则记录图元的空间位置关系。

这样，我们就建立了从“项目→库→文件→图层→图元”的信息结构链，通过这样一种链式结构，对用户而言，只要从建立项目开始，就可以在系统的引导下逐步构筑起复杂的信息框架和结构，构成完整的信息系统网络；对系统而言，一旦实现这种框架，这种层次结构可满足用户对任一层次上信息进行更新和编辑的要求。

2.5系统模块和功能

2.5.1矢量图形输入编辑模块

用多文档界面处理图形，主要包含下列功能。

文档：新建、打开、关闭、保存、转入、转出、数字化、数据联系、打印、退出；

编辑：选择、复制、删除、移动、旋转、改变形状、修改属性、放缩图元、修改图形文件头等；

视图：充满窗口、放大、缩小、重绘、显示控制；

绘制：文本、点、线、多边形、矩形、正方形、圆形、椭圆形等；

设置：页尺寸、图层、标尺、文本特性、线特性、充填特性、点类型、改变调色板等；

输出：支持矢量图形和栅格图形的图面整饰及合并输出，可以在多种输出设备（从普通针式打印机、激光打印机，到大型笔式绘图仪、大型彩色喷墨绘图仪等）上使用，其输出质量已达到较高的水平。

帮助：索引、定题帮助、术语、关于本模块的信息。

2.5.2栅格图形分析模块

在吸收国内外相关软件优点的基础上，开发的本模块具有下列主要功能。

文档：新图、打开、关闭、扫描等；

编辑：修改、复制、删除等；

绘制：与矢量子系统基本相同，但以栅格格式存储；

操作：矢量栅格转换、图形属性查询、修改图像文件头、图形赋值、属性提取、图形重分类、放大、缩小、转置、拼接、开窗、过滤等；

图形统计：直方图分析、交叉列表、回归分析、自相关分析、趋势分析、随机图像生成等；

图形代数：图形覆盖、常量运算、面积计算、周长计算等；

空间模型：灰色预测模型、距离模型、费用表面、最佳路径、挖填方分析、归类处理、表面分析、视点分析、分水岭分析等。

2.5.3图像处理模块

以吸收其它系统的功能为主，支持图像识别、分类、标准化、假彩色合成、条纹去除、过滤、主成分分析、模糊矩阵分析等操作。

2.5.4图形图像库空间检索模块

该模块为京津唐地质灾害图形图像库的检索查询系统。进入本模块后，在图上京、津、唐、秦及全区图形位置任一点上用鼠标进行相应地区的图形图像库信息查询。

2.5.5系统指南与帮助模块

帮助模块是用户学习使用本系统的方便工具。本模块和各模块中的帮助功能构成GH-MIAS的帮助支持体系，可以使使用者在初步接触时、操作使用过程中、达到熟练程度后各阶段都能得到相应的帮助，解决使用过程中需要了解的疑难问题，获得有关数据结构、文件结构等方面的信息等。

3GHMIAS系统在天津地面沉降空间分析中的应用

3.1水位变化的时间－空间统计与评价

已有的研究表明，导致天津市地面沉降加速的主要原因是“地下水超采使地下水位持续下降”，经过天津市地质工作者和各方面的努力，在80年代压缩地下水开采量之后，地面沉降得到有效控制。

作为产生地面沉降的直接诱导因素，过去对地下水位的变化情况已经做了许多分析和研究，但通常采用的是观测数据直接统计分析的方法，也就是对离散数据的分析；但现实世界信息的特点却是在空间和时间上连续变化的。利用GHMIAS空间分析原理，就可以实现对这类信息的准确的空间统计（尽管我们对现实世界信息的采集是不连续的和离散的，但在GHMIAS系统的支持下，可以利用离散插值或等值线插值的方法，由离散信息生成模拟连续空间表面，以“准真实”的形式反映信息的空间特性）。这就从分析能力和精确性方面超过了以前的分析形式，从而容易取得对决策过程更有价值的支持依据。

对天津市水位变化情况的空间分析是以天津市第二、第三含水组1980、1985、1988年的水位观测数据为基础进行的，分析过程见图2。

图2天津市地面沉降的时间－空间图形分析基本过程（以水位分析为例）

由属性数据库提取的水位观测信息，经过GHMIAS系统离散数据插值表面的处理，生成各时段的地下水位表面图形（图略），再利用GHMIAS系统的栅格空间分析工具进行图形覆盖——常量运算，取得不同时段间隔的水位变化空间分布特征图形，再利用空间统计，结合空间面积、体积统计，对1980、1985、1988年各年度水位状态和1980～1985、1985～1988以及1980～1988年时段间隔的水位变化特征取得了一系列分析成果（图略）。

从空间分析的统计结果（表1）可以看出，天津市区80年代地下水位的变化，无论是第二含水组还是第三含水组，其水位下降的趋势都在减弱，就第二含水组而言，无论是水位变化的空间绝对特征值（最大、最小、均值），还是下降区面积与上升区面积之比，或是水位变化反映在含水空间的体积变化等方面，都在向水位上升的方向发展，80年代末与80年代初相比，水位上升的总量已经超过水位下降的总量，经历了80年代初的水位下降为主导到80年

表1天津市区及近郊80年代地下水位空间升降特征值

＊负值为水位相对下降值，正值为水位相对上升值。代末的水位上升为主导的过程。第三含水组的情况与第二含水组类似，但变化幅度不如第二含水组明显，致使其在总体上水位下降减弱的趋势下，80年代初与80年代末的水位总体变化仍然呈现出水位下降占主导（空间统计的均值为下降值），水位下降的总量仍然超过水位上升的总量（含水空间体积变化平衡值为体积减少）。这说明对第三含水组的控制开采措施不及第二含水组有力。

3.2地面沉降量变化的空间分析与评价

图3天津市区1985～1992年地面沉降空间体积变化

表21985～1992年沉降量分布的数值统计

＊负值为回弹量。

用与水位空间分析同样的原理（见图2），对天津市1985、1988、1990、1992年地面沉降观测信息进行了空间特征分析。对空间分析结果的统计（图3、4，表2）表明，天津市地面沉降控制行动在1988年前后取得显著成果，地面沉降造成的土体体积压缩量明显下降，1988年以后，进入一个相对稳定的时期，在1990年前后沉降增速达到最小，但到1992年前后，地面沉降的体积又略有回升，可能意味着限制二层含水层开采的控沉效用已经发挥得差不多了，而新的致沉降因素造成的沉降加速作用还未得到很好的控制。

图41985～1992年地面沉降量分级分布面积空间统计值的分布负号表示反弹

从沉降回弹量的空间分布的变化情况看，也具有一致的结果，即1988年前后控制沉降带动的地面回弹达到最大，而后开始回落，1992年与1990年相比地面回弹体积又有明显减小。同样说明进入90年代后，天津市区地面沉降的形势仍然不容乐观，如果不抓紧进一步实施控沉措施，地面沉降将再次加剧。

1988年以来，天津市区地面沉降减速区的面积不断缩小，从1985～1988年的549.34km²，到1988～1990年间的418.00km²，到1990～1992年间则下降为283.11km²；而地面沉降加速区的面积却呈增加趋势，从1985～1988年间的2.75km²，发展到1988～1990年间的134.09km²,1990～1992年间则达到268.98km²，说明从总体上看，1988年以后的地面沉降形势没有再向良化方向发展，而是趋向于增强（图5）。

其时段区间年沉降量变化值分布的绝对统计值（表3）也表明，1988年以后回弹在减少，沉降在增加。1992年全区（研究区包括市区及近郊）地面沉降量的分布与1990年相比，平均沉降量增加了2.46mm。

表3年际间沉降量变化幅度统计

＊负值为沉降减速，正值为沉降加速。

图5不同时段区间年沉降量变化值分级空间统计值的分布负号表示反弹

从空间分布上看，不同时期的地面沉降中心和不同时段地面沉降量变化值的分布也有较大变化。1988年与1985年相比，研究区地面沉降速度全面减弱，其中减弱幅度最大的中心区分布于市中心区东侧的工人新村、方新庄、香料厂一带；1990年与1988年相比，大部分地区沉降量变化不大，其中，市中心区大部及研究区东北部李明庄—欢坨一带等区域沉降量略有增加，其它区域沉降量继续减弱；1992年与1990年相比，大部分地区继续保持基本平稳的沉降速度，其中市中心区及研究区东北、西北部沉降量略有减弱，研究区西南角华庄子一带沉降量则有明显增加。

3.3地面沉降形势的灰色空间模型预测

由于我们掌握的与地面沉降有关的因素的空间分布与时间演化信息不够系统，很难建立地面沉降预测的精确型空间分析模型，但GHMIAS系统管理的地面沉降观测序列信息包括1985、1988、1990、1992年四个时段，基本上可以利用这些信息的空间分布特征，利用GH-MIAS系统特别提供的灰色空间图形预测模型分析工具，进行示范性预测分析。

3.3.1对1994年地面沉降基本特征的灰色预测

利用前面空间统计分析的结果，可以对一些今后沉降变化的特征值进行灰色预测，预测过程的理论方法和资料利用技术参见关于空间分析模块算法原理的有关描述。预测的结果见表4。

表4预测1994、1996年沉降特征值及1992～1994年间地面沉降量变化的特征值

根据预测结果，1994年天津市区地面沉降体积约为5409538m³，预测地面回弹体积将下降为6757.4m³。预测1994年地面沉降量空间分布的最小值为－1.8mm（地面回弹1.8mm），最大值为沉降72.32mm，均值为19.38mm，地面沉降速度增加的分布面积将增长到484.39km²，而沉降减速的分布面积将减少为191.63km²。这一预测结果表明，如果不采取更有力的控沉措施，今后地面沉降的趋势将向加速方向发展。由于资料的时间序列偏短，模型校正能力有限，该预测结果的偏差范围较大，但从实际值与预测模型计算值的对比看，拟合情况较理想，说明从发展趋势上看，有一定的可靠性，并且与前面的统计分析结果是一致的，因而有一定的参考价值。

3.3.21994、1996年地面沉降态势的空间预测与分布分析

分析过程如下：

（1）从属性数据库中提取1985、1988、1990、1992年地面沉降观测数据；

（2）利用GHMIAS系统的离散点数据插值表面功能，建立四个时段的沉降特征表面（图略）；

（3）运行GHMIAS系统栅格空间分析工具中的灰色空间图形预测分析选项，选择已生成表面的四个时段图形参与分析，生成预测1994、1996年的地面沉降空间特征表面（图略）；

（4）对残差的空间区间进行分析，确定模型预测的可信区间，对模型预测的精度和可靠性进行评价；

（5）利用GHMIAS系统的栅格图形分析功能，进行预测结果图形的统计分析和分级提取、面积和体积计算，对统计计算结果进行分析。

对1994、1996年天津市区地面沉降进行灰色空间图形预测分析结果的总体评价为：

（1）与1992年相比，天津市区的地面沉降形势将呈总体上基本平稳的形势，而近郊的沉降量将有所增加，致使全区总沉降水平略有上升。1994年地面沉降量分布的均值为19.77mm,1996年为24.09mm，因此需要加强控制地面沉降措施。

（2）沉降加速的中心位置将进一步转移到研究区西南角的华庄子一带，1996年时研究区东南部沉降量也可能有所增长。

（3）与前面直接对地面沉降分布特征值的灰色预测相对比，基本上可以认为，利用SGM模型进行空间预测的结果因为时间序列长度有限，存在向极值增强的现象，即预测空间分布的最大、最小值可能比实际值偏离较大，但总体上其平均沉降水平与特征分析结果比较一致，沉降分布的均值1994年为19.77mm,1996年为24.09mm，这分别与直接对特征值的灰色预测结果，（1994年19.38mm,1996年22.76mm）基本吻合，说明预测结果有一定的可信性。

参考文献

[1]Shi Jiansheng.Spatial analysis on the relationship between active fault and Karst surface collapse in Tangshan city of China.The Chinese Journal of geological hazard and Control,1996,7（3）:87～91.

[2]Wu Lun et al..A Guide Book to GIS.Beijing university Press,1994,1～5.

[3]J.T.Coppock et al..Methods of spatial analysis in GIS.International Journal of Geographical Information Systems,1990,4（3）.

[4]Michael F.Good child,Karen K.Kemp.Introction to GIS.NCGIA Core Curriculum,1991.

[5]Hu Huimin et al..The development of ground subsidence in main cities of North China.The Chinese journal of Geological Hazard and Control,1991,2（4）:1～9.

[6]Cui Xiaodong et al..A mathematical model of land subsidence in Tianjin and its numerical computation.Geological Hazards,Proceedings of Beijing International Symposium,1991,310～312.

[7]Jin Dongxi,Niu Xiujun.Land subsidence in Tianjin city and the countermeasures.Geological Hazards,Proceedings of Beijing International Symposium,1991,313～318.

[8]Li Minglang.The main geo-environmental problems in Tianjin city.The Chinese Journal of geological Hazard and Control,1994,5（3）.

[9]Deng Julong.Gray Control System.Central China university of technology press,1985.

D. 已知系统的状态方程试分析系统平衡点的稳定性

已知系统的状态方程为 初始条件为x 1 (0)=1，x 2 (0)=0。试求系统的单位阶跃响应。
参考答案由已知条件，得
u(t)=1(t)，



则

E. 软件工程的可行性研究报告怎么写

软件可行性研究报告
写 作 提 纲

一、 概述
简述项目提出的背景、技术开发状况、现有产业规模；项目产品的主要用途、性能；投资必要性和预期经济效益；本企业实施该项目的优势。
二、 技术可行性分析
1、项目的技术路线、工艺的合理性和成熟性，关键技术的先进性和效果论述。
2、产品技术性能水平与国内外同类产品的比较。
3、项目承担单位在实施本项目中的优势。
三、 项目成熟程度
1、成果的技术鉴定文件或产品性能检测报告、产品鉴定证书。
2、产品质量的稳定性，以及在价格、性能等方面被用户认可的情况等。
3、核心技术的知识产权情况。对引进技术的消化、吸收、创新和后续开发能力。
四、 市场需求情况和风险分析
1、国内市场需求规模和产品的发展前景、在国内市场的竞争优势和市场占有率。
2、国际市场状况及该产品未来增长趋势、在国际市场的竞争能力、产品替代进口或出口的可能性。
3、风险因素分析及对策。
五、 投资估算及资金筹措
1、项目投资估算
2、资金筹措方案
3、投资使用计划
六、 经济和社会效益分析
1、未来五年生产成本、销售收入估算。
2、财务分析：以动态分析为主，提供财务内部收益率、贷款偿还期、投资回收期、投资利润率和利税率、财务净现值等指标。
3、不确定性分析：主要进行盈亏平衡分析和敏感性分析，对项目的抗风险能力作出判断。
4、财务分析结论
5、社会效益分析
七、 综合实力和产业基础
1、企业员工构成（包括分工构成和学历构成）
2、企业高层管理人员或项目负责人的教育背景、科技意识、市场开拓能力和经营管理水平。
3、企业从事研究开发的人员力量、资金投入，以及企业内部管理体系等情况。
4、企业从事该产品生产的条件、产业基础（包括项目实施所需的基础设施及原材料的来源、供应渠道等）。
八、 项目实施进度计划
九、 其它
1、环境保护措施
2、劳动保护和安全
3、必要的证明材料
（1） 特殊行业许可证（如食品、农药、医药、化肥产品生产许可证及批文）；通信产品入网许可证；公共安全产品生产许可证；压力容器生产许可证等。
（2） 可提供项目立项证明、高新技术企业证书、产品质量认证、环保证明；产品订货意向、合同等补充材料。
十、 结论

F. 主要数值模拟软件

近年来，计算机模拟技术在许多研究领域得到了广泛的应用，开发出了许多优秀的模拟软件和程序。同样，可用于研究CO₂地质储存的数值模拟软件也很多，主要有PHREEQC、GEM、ECLIPSE、TOUGHREACT、PETROMOD、MUFTE-UG和NUFT等。这些软件有各自的特点和适用性。因此在进行数值模拟之前，需对这些数值模拟软件进行评价分析，选择适用于所要研究解决问题的模拟软件。现对目前国际上常用的几款软件简介如下。

（一）PHREEQC

PHREEQC是一款用于计算多种低温水文地球化学反应的计算机软件（Scott and David,2011）。以离子缔合水模型为基础.PHREEQC能够完成以下任务：

1）计算物质形成种类与矿物的溶解饱和指数；

2）模拟地球化学反演过程；

3）计算序批式反应与一维运移反应。

另外，与多组分溶质－运移模型耦合的PHREEQC可生成PHAST，是一个用于模拟地下水流系统的三维反应－运移模拟器。但由于PHREEQC是在单相水流的基础上建立的模型，因而不能模拟超临界CO₂水的两相流体运动。PHREEQC最简单的应用就是计算溶液中各种化学物质的分布，以及溶液中矿物与气体的饱和状态。反演模拟功能可推导和量化在流动过程中，能够反映化学物质变化的化学反应方程。

（二）GEM

GEM v.2009.13 是一款用来模拟利用CO₂和酸性气体提高石油采收率的模拟器，该模拟器完全耦合了地球化学组成状态方程（Nghiem et al.，2004）。GEM 采用一步求解法进行状态方程的求解，缺点是计算工作量大。GEM 可以用来模拟对流和弥散流体、油（或超临界CO₂），气和咸水间的平衡、水相物种间的化学平衡，以及矿物的动态溶解和沉淀。该模拟器采用自适应的隐式离散技术，可用1D、2D或者3D模型来模拟孔隙介质中溶质的运移。油相和气相用一个状态方程来模拟，气体在水相的溶解度采用亨利定律模型来计算。水通过蒸发进入到气相、盖层的穿透，热效应和裂隙的封闭作用也可以利用GEM来模拟。

（三）ECLIPSE

ECLIPSE是一个并行化的可以模拟黑油、组分、热采等问题的成熟软件（Schlumberger,2008）。1994年，胜利石油管理局引进了ECLIPSE油藏数值模拟串行软件，广泛开展了从油藏到气藏，从常用油田到特殊油气田、从常规模拟研究到特殊模拟研究等多方面的应用。主要模块有主模型、黑油、组分、热采、流线法、运行平台和ECLIPSEOffice等。

ECLIPSE是一个商业软件，在使用中其内核部分是封闭的，使用者只能将其作为一个“黑箱”来操作。其不足之处有：不可能免费获得和随意使用、修改；无法耦合最前沿的地质流体热力学模型；无法加入更多影响因素来研究具体问题。因此，ECLIPSE不适宜用于科学研究。

（四）TOUGH2/TOUGHREACT

TOUGH2是Transport of Unsaturated Groundwater and Hea（t 非饱和地下水流及热流传输）的英文缩写，是一个模拟一维、二维和三维孔隙或裂隙介质中，多相流、多组分及非等温的水流及热量运移的数值模拟程序（Pruesset al.,1999）。TOUGH2使用积分有限差（Integral Finite Differences,IFD）（图9-1）的方法来解决多相流动和多组分化学运移模拟中的空间离散化问题。为了满足大规模计算需要， Zhang等（2008）开发了TOUGH2的平行计算版本，即TOUGH2-MP。

图9-1 积分有限差分法中的空间离散化和几何参数数据

许天福等在TOUGH2的框架基础之上，增加了多组分溶质运移和地球化学反应的模拟功能，形成了一套校为完善的可变饱和地质介质中非等温多相流体反应地球化学运移模拟软件 TOUGHRE ACT(Xu et al.,2004）。除了包含TOUGH2的所有功能外，TOUGHREACT还可以应用于一系列的反应性流体和地球化学迁移问题。例如：伴随Kd线性吸附和放射性衰变的污染物迁移问题；在周围环境条件下，自然界中地下水的化学演变；核废料处置场地评估；深部岩层的沉积成岩作用；CO₂地质储存：多相流体运动，多组分反应地球化学，各种封存形式封存量以及随时间空间变化；矿物沉积（如表生铜矿富集）；自然和补给环境下热水系统中的矿物变化。

（五）PETROMOD

由德国IES(Integrated Exploration System）公司研究开发的PETROMOD多组分、多相态的多维含油气系统模拟软件综合平台已被世界石油业所公认（IES,1995）。该软件融入了断层活动性、盐丘上涌和刺穿、火山岩的侵入、气体扩散效应，油气水三相运移和油气吸附模型等相关技术。

该模拟软件平台推出和采用的油气运移组合模拟算法（Hybird）是当今最先进的油气运移模拟算法，既可以保证模拟的精度，又可以极大地提高模拟的运算速度。其中的PETROFLOW3D用于油气运移、聚集、圈闭和散失等情况的模拟，同时PETROCHARGE EXPRESS为我们提供了基于图件的油气运移和圈闭模拟的快速分析工具。

（六）MUFTE-UG

MUFTE-UG是MUFTE和UG.MUFTE的结合。MUFTE即多相流（Multiphase Flow）、运移（Transport）和能量（Energy）模型（Class et al.，2002; Helmig,1997）。该软件包主要包括物理模型概念和孔隙裂隙介质中等温和非等温多相多组分流动和运移过程的离散方法。它能对裂隙孔隙介质进行离散性描述。UG是非结构性网格（Unstructured Grid）的缩写，它提供的数据结构能快速解算以平行、自适应多网格法为基础的离散型偏微分方程。具有模块化结构的MUFTE UG很容易解决各种有特殊要求的问题。

模块化结构的MUFTE-UG具有许多不同的环境与技术应用。例如，在环境应用领域，MUFTE-UG能够模拟如下两个问题。

1)NAPL（非液相流体）向饱和与非饱和土壤的渗流。优化改进的修复技术在MUFTE中具有广泛的研究和发展空间。

2)CO₂地下运移。CO₂以高温高压灌注地表以下几千米的地层中，MUFTE-UG可用于非均质含水层（对流和弥散运移）中羽状体演化评价，伴随温度效应（由于膨胀和压缩）和组分间相互溶解（卤水和CO₂）。

（七）NUFT

NUFT(Nonisothermal Unsaturated-Saturated Flow and Transport model）是一套用来解决在多孔介质中多相、多组分非等温流动和溶质运移过程中地下污染物运移的数值解法器（Nitao,1998）。此软件利用简单的代码来利用通用的实用程序和输入文件的格式。最近，此代码在Unix和DOS系统下运行成功。

该程序利用一套完整的有限差分空间离散法求解平衡方程组。每一个时间步长内利用Newton-Raphson方法求解非线性方程组，而在每一步迭代过程中利用直接解法和预共轭梯度法求解线性方程组。该模型可以解决一、二和三维水流及溶质运移问题。将来该模型会耦合进毛细滞后、非正交网格离散、有限单元剖分和固体非线性等温吸附等功能。

（八）CODE-BRIGHT

CODE-BRIGHT是一个有限元程序，用来处理地质介质中的热－水力学（THM）的耦合问题（Olivella et al.，1996）。可以计算普通状况下的5个主要控制方程（压力平衡、水质量平衡、气体质量平衡、能量平衡和少量的化学平衡）的初始边界值问题，在一定条件下，也能计算局部区域的平衡方程。空间离散采用有限元法，时间离散采用隐式有限差分方法。采用Newton-Raphson迭代求解非线性问题。

CODE-BRIGHT能够模拟气体对水的趋替及气体的溶解过程、各组分和能量的对流及非对流通量、还有水相态的变化。用户可以自由选择稀疏矩阵存储器和直接、迭代求解方法。并行程序已经可以使用。为了便于用户处理大量的信息.CODE-BRIGHT使用Gi D系统做前、后处理工作。

（九）COORES

CO₂储层环境模拟器（COORES）是由IFP编写的研究CO₂从井到盆地尺度储存过程的程序代码（Le Gallo et al.，2006）。它由美国应用数学部开发，是指定的并经过油藏工程、地球化学及热力学等部门验证的程序。

该程序在剖分过程中允许用户根据需要灵活地改变网格大小、形状和样式来精确地刻画储层特征，从而将必须的网格数量降到最少。使用结构化或非结构化的网格，COORES能够模拟非均质孔隙介质中的多组分、3相及3D的水流过程。通过Newton方法将完全耦合的摩尔守恒方程线性化。考虑到矿物学的变化，运移模型还耦合了一种地球化学反应模拟器Arxim。通过假设不同的孔隙度－渗透率和孔隙度－毛细压力定律，如Kozeny-Carman、Labrid或Fair-Hatch定律，修正了孔隙度变化产生的渗透率、毛细压力改变。

（十）DUMUX

DUMUX是模拟孔隙介质中多尺度、多物理作用的水流和运移过程的程序（Bastian et al.，2008）。它由德国斯图加特大学开发，基于分散或统一的数值环境（DUNE），用C^+＋语言编写。Du NE采用一个共同的接口，允许不同的实现共用相同的概念（例如网格、解算器），提高资源利用率。该框架包括许多可以单独下载的模块。DUMUX是一个额外的模块，它继承了其他模块的功能，主要是为了方便和有效的实现模型在孔隙介质水流问题（从问题的提出、空间和时间离散方案的选择和非线性方程解法，到模型的耦合）的应用。DUMUX有即用的数值模型和实例应用。

G. 徐敬东的科研项目

成果、获奖、专利等情况：
1.无结构P2P文件共享系统中稀缺文件查询机制研究，天津市应用基础研究计划项目，2007.4-2009.9。
2.支持多路负载平衡的多模式VPN系统及嵌入式VPN系统开发，天津市科技发展计划项目-软件专项，2004.11-2006.12。
3.基于网络/主机副本法的诱骗系统的研究与实现，南开大学科技创新基金项目，2004.5-2005.12。
4.文本分类在垃圾邮件过滤中的应用研究，天津市信息化项目，2004.11-2005.11。
5.信息化发展总体思路研究（天津市“十一五”规划），天津市信息化项目，2004.9-2004.12。
6.信息化基础设施和数字城市建设的重大科技问题研究，天津市科技发展战略研究项目，2004.5-2004.12。
7.基于电子政务的网络信息监控系统的研究和开发，天津市信息化项目，2003.9-2004.9。
8.基于数据挖掘的入侵检测系统的研究与实现，天津信息港工程项目，2002.7-2003.7。
9.信息安全系统，天津市重点攻关项目，2001.8-2002.8。
10.网络攻击检测与防范技术，天津信息港工程项目，2001.7-2002.7。
11.网络入侵检测与攻击防护，天津市自然科学基金重点项目，2001.7-2003.12。
12.网络管理专用设备开发，天津市重点攻关项目，2000.10-2001.10。
13.基于Web的智能网络管理系统研究，教育部《重点高等学校骨干教师资助计划》项目，2000.5-2002.12。
14.基于Internet/Intranet平台的网络管理，天津市重点攻关项目，1998.11-1999.11。
15.Internet/Intranet防火墙体系结构的研究，天津市自然科学基金项目，1998.7-1999.12。
16.局域网环境下网络传真系统的研究与实现，天津市自然科学基金项目，1996.04~1997.06。
17.用数据网与局域网互连方法的研究与实现，天津市青年科学基金项目，1995.4-1996.12。
18.局域网可靠广播通信方法的研究与实现，天津市自然科学基金项目，1994.04~1995.12。
19.智能局域网研究，天津市自然科学基金项目，1992.03~1994.03。
20.Novell网络操作系统NetWare 386 V3.11的分析与汉化，天津市自然科学基金项目，1991.03~1993.03。
21.Secure Group Communications In Wireless Mobile Ad Hoc Networks，Microsoft Research Asia Trustworthy Computing Research，2006.1-2007.1。
22.网络信息监控系统研究与实现，天阔科技有限公司，2004.01-2005.06。
23.电子商务专业网上作业开发，北京联想调频科技有限公司，2001.8-2002.4。
24.北京人事局网络多媒体教学系统的研制，北京人事局，2000.6-2000.10。
25.VoiceXML解释器开发，深圳市华为技术有限公司，2000.3-2000.12。
26.非服务攻击型防火墙体系结构研究，南开-华为联合实验室项目，2000.01-2002.12。
27.全国应用能力技术证书考试Internet模块网络考试及评分系统，教育部考试中心，1998.4-1998.12。
28.天津服装外贸进出口公司EDI系统，天津服装外贸进出口公司，1996.6-1997.1。
29.天津市公安局110指挥中心计算机网络系统，天津市公安局，1994.7-1995.1。
30.北京市房地产开发经营总公司计算机网络系统，北京市房地产开发经营总公司，1992.7-1993.7。

H. 理论分析与数值模拟研究

跨过近60年的历史,在对煤层顶板的覆岩破坏规律的研究中,主要发展和应用了“上三带”理论、“四带”理论、关键层理论及岩体力学等理论。“上三带”,即把变形破坏后的覆岩划分为冒落带、导水裂隙带和弯曲带,该理论已成为普遍的共识,成为覆岩变形破坏研究的基础理论。在“三带”基础上,高延法(1999)提出,在弯曲带下部存在着一个离层带,并指出采场顶板某一岩层的下沉、弯曲、断裂以至于垮落,都以该岩层与上部岩层离层为前提,即“四带”理论；中国矿业大学黎良杰、钱鸣高提出了关键层理论,该理论认为顶板中承载力最大、强度最高的岩层为关键层,关键层的强度决定着顶板的破坏形式；岩体力学理论已被广泛地应用于顶板覆岩变形破坏的研究中,煤层顶板被视为弹塑性组合岩梁、悬臂梁、组合薄板、组合薄壳等模型,用以分析顶板变形破坏特征,以岩体力学为基础的数值模拟也被广泛应用。

依据顶板岩层破坏的理论,冒落带、导水裂隙带形成的机理在于：煤层未被采动前,煤层及其顶、底板岩层均处于静力平衡状态。当煤层采动后,在被采动处造成了一个自由空间,破坏了原来的静力平衡状态,引起四周压力向此自由空间的顶、底及四壁集中。当自由空间不大时,形成平衡压力拱,拱内的岩体依赖本身的连接结力(强度)保持稳定。随着采煤工作面的推进,自由空间(采空区)不断扩大,顶板上面压力拱的跨度随之扩大,当扩大到某一限度,使采空区顶板压力拱内的岩体重量可以破坏该岩体在该跨度之下的连续力(主要为岩体的抗张强度及抗剪强度)时,在没有支撑或充填的情况下,顶板压力拱内的岩体开始由下而上的冒落,上覆岩层因受已冒落岩块的支撑而停止冒落。冒落带以上的岩层随着其下面的冒落岩块的逐渐被压密而随之向下移动,当移动量足以使岩层破裂时,则会发生一系列的垂直于层面的断开裂隙及岩层与岩层之间的离层裂隙。断开裂隙与离层裂隙纵横交错,组成彼此贯通的导水裂隙带。

因此,顶板岩体被视为岩梁、裂隙体梁、悬臂梁、组合薄板、组合薄壳等结构,以力学理论为基础加以解析如老顶岩层的梁式平衡、裂隙体梁平衡(结构滑落失稳、结构变形失稳),但由于顶板岩体为大范围的复杂地质体,力学解析复杂而难于求解,并不能给出冒裂范围及高度的定量解。目前,冒落带的理论解基于对冒落岩体的碎胀性的认识,即当冒落下来的岩石体积满足Khcosα=M+hcosα时,上覆岩层因受到已冒落岩块的支撑而停止冒落。对不分层开采的缓倾斜的单一薄煤或中厚煤层以及开采厚煤层第一分层时,冒落带高度

,M为采厚,α为煤层倾角,K为碎胀系数。碎胀系数的分布不能反映出冒落高度随岩石坚硬程度增高而增大的特点,难以应用。

近年来,各种数值模拟技术在岩土力学中有长足的发展和广泛的应用。国内不少学者已将各种数值方法引入采矿理论和煤矿开采导水裂隙带高度研究等方面,取得不少突破性进展。

有限单元法作为解决岩、土体力学问题的有效数值计算方法,由线弹性连续结构有限单元分析,发展至节理裂隙有限单元、屈服变形引起局部破坏有限单元、非线性蠕变有限单元分析。发展成熟的大型通用应用软件如ADINA、ANSYS等被较多的应用。应用有限单元法,基于连续介质力学和损伤介质力学,东北大学岩石破裂与失稳研究中心研究开发了岩石破裂与失稳分析系统(Rock Fracture Process Analysis简称 RFPA2D)。RFPA2D提供相变分析模型,适用于材料的加载初期损伤到后期宏观裂纹形成扩展的破裂全过程的分析。通过赋予材料的不同构成部分的力学性质参数和相变后力学响应参数,可以完成岩石、混凝土和复合材料的破裂过程分析,可完成介质破裂后的分离和接触处理。

数值分析方法的理论本身以及采用的算法尚存在各自的局限性。近年来发展起来的快速拉格郞日分析(,简称FLAC),是在较好的吸取上述方法的优点并克服其缺点的基础上形成的一种新型的数值分析方法(黄润秋,许强, 1994)。FLAC引入矿井地质领域及导水裂隙带高度预测,取得了满意的结果(邹海1998；刘增辉,2006；武强,2002)。